有機光伏器件的透明電極材料主要是氧化銦錫(ITO)，而銦元素是稀有元素，因此，ITO的使用會大幅提高有機光伏器件的制造成本，嚴重阻礙有機光伏技術的市場化發(fā)展。目前常見的，用于替代ITO的透明導電材料有PEDOT:PSS、金屬納米線、摻雜金屬氧化物等。然而，這些材料一般在近紅外波段具有較強的吸收系數(shù)，因此，基于這些透明導電材料的有機光伏器件在近紅外波段存在較高的量子效率損失。非刻意摻雜過的金屬氧化物半導體材料，如溶膠凝膠法制備的氧化鋅(ZnO)薄膜材料，一般在近紅外波段具有較高的光學透過率，但是這類材料的導電率過低，因此，無法被用作有機光伏器件的透明電極薄膜。因此，開發(fā)性能更為優(yōu)異的，可以用于替代有機光伏器件中的ITO的透明導電材料對于有機光伏器件市場化發(fā)展極為重要。

東華大學唐正課題組與蘇黎世應用科技大學的Wolfgang Tress教授合作，通過多次沉積法及紫外光摻雜效應，大幅提高了溶膠凝膠法制備的ZnO薄膜的導電率(高至460 S cm^-1)，并成功將其用于構建有機光伏器件，實現(xiàn)了免ITO有機光伏器件性能的突破。

在該研究工作中，論文作者首先是通過顯微光譜學表征手段，明確了溶膠凝膠法制備的ZnO薄膜在紫外光摻雜作用下的導電率提升源自ZnO晶體中的氧空位對光生空穴的捕獲作用。隨后，作者推斷氧空位的形成局限于ZnO晶體的表界面處，因此，通過設計如圖1所示的多次沉積工藝，制備多層ZnO薄膜，提升了ZnO薄膜中的氧空位濃度，在維持了ZnO的高透過率的前提下，提高了ZnO薄膜的紫外光摻雜效果，以及ZnO在光摻雜后的導電率(圖2)。

最終，作者將多層ZnO用作透明電極構建了有機光伏器件。測試結果顯示，得益于多層ZnO電極的高導電率以及高光學透過性，基于ZnO的有機光伏器件展現(xiàn)出了優(yōu)異的、可媲美基于ITO的有機光伏器件的光電轉換性能(圖3)。此外，作者還將多層ZnO電極用于構建有機光探測器及發(fā)光二極管等其他光電器件，并實現(xiàn)了器件性能的突破。

綜上，論文作者開發(fā)了一種基于溶液加工ZnO的、具有高導電率和高光學透過率的透明導電薄膜，明確了該薄膜材料的導電機制，并構建了基于該材料的有機光電器件，為提高免ITO有機光伏器件的性能提供了新的思路。該研究工作獲東華大學、國家自然科學基金以及上海市科委的資助。